Разработка методики расчёта рабочего процесса дизеля ЧН21/21 с целью определения нестационарных локальных термических граничных условий

Одной из остро стоящих задач перед отраслью двигателестроения является форсирование и модернизация существующих среднеоборотных дизелей с целью соответствия современным требованиям и экологическим нормам, это приводит к увеличению максимальной температуры рабочего цикла, что, в свою очередь, способствует повышению теплонапряжённости деталей, контактирующих с горячими газами. Цель данной работы - расчёт граничных условий (ГУ), необходимых для расчёта тепло-напряжённо-деформированного состояния (ТНДС) крышки цилиндра. Поэтому для получения достоверного результата, необходимо использование современных программных комплексов, которые позволяют определить локальные нагрузки на основные детали двигателя. Для этого был проведён трёхмерный нестационарный расчёт рабочего процесса дизеля в программном комплексе “AVL Fire”, в модуле “Fire Workflow Manager”, содержащем физико-химические модели глубокого уровня детализации. В качестве исходных данных для моделирования применены результаты расчёта в нульмерном программном комплексе «Дизель-РК». Расчёты были проведены с использованием различных моделей сгорания: модель Магнуссена-Хартагера (при этом варьировался параметр B) и трёхзонная расширенная модель когерентного пламени. Верификация полученной индикаторной диаграммы дизеля ЧН21/21 проводилась путём сравнения результатов расчёта с экспериментальными данными, предоставленными при испытании двигателя в ООО «УДМЗ». В результате выполнения трёхмерного нестационарного расчёта рабочего процесса дизеля ЧН21/21 получены значения нестационарных термических ГУ второго рода со стороны рабочего тела, которые в дальнейшем будут использованы для расчёта ТНДС основных деталей двигателя, образующих камеру сгорания. Полученная по результату расчёта индикаторная диаграмма имеет высокую сходимость с экспериментальной.

поршневой двигатель, дизель, математическая модель, рабочий процесс, оптимизация, граничные условия

1. Кавтарадзе Р.З., Онищенко Д.О., Зеленцов А.А. Трёхмерное моделирование нестационарных теплофизических процессов в поршневых двигателях. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. - 85 с.

2. Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / Под ред. А.С. Орлина, М.С. Круглова. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

3. FIRE. Users Manual Version 2013. AVL List GmbH Graz, Austria, 2013. (License Agreement for Use of the Simulation Software AVL FIRE between Moscow State Technical Univ. n.a. N.E. Bauman and AVL List GmbH, 2015).

4. Kuleshov A.S. Model for predicting air-fuel mixing, combustion and emissions in DI diesel engines over whole operating range // SAE Tech. Pap. Ser. - 2005. - N 200501-2119. - P. 1-16.

5. Онищенко Д.О. Улучшение эффективных и экологических показателей дизеля и снижение тепловых нагрузок на его основные детали: дисс.. д-ра техн. наук (05.04.02). - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. - 234 с.

6. Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы: Учебник для вузов. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. - 590 с.

7. Magnussen B.F., Hjertageron B.H. On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 1977, P. 719-729.

8. Colin O., Benkenida A. The 3-Zones Extended Coherent Flame Model (Ecfm3z) for Computing Premixed / Diffusion Combustion. Oil & Gas Science and Technology. - Rev. IFP, Vol. 59 (2004), no. 6, pp. 593-609.

9. Онищенко Д.О., Панкратов С.А. Моделирование теплового состояния крышки цилиндра и клапанов дизеля // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». - 2013. - № 4. - С. 94-108.